模块化电子模拟功率负载系统的设计

介绍电子模拟功率负载系统的基本原理,详细分析了单元模块的设计和控制策略,通过实验,验证了该系统能有效实现电能馈网,功率因数趋近于-1·0,电压和电流谐波满足IEEE—519标准。     

基于功率潮流分析的电能计量新方法

针对非平稳畸变信号条件下电能准确合理计量问题,在非线性负载泛函级数模型的基础上,进行了功率潮流分析并提出畸变信号条件下电能计量新方法。根据泛函级数理论中Wiener核与Volterra核转换定理求得负载的Volterra核,应用Volterra级数理论将正弦输入信号条件下负载输出电流与电压用Volterra泛函级数表示。利用小波分解与重构算法对电流与电压信号进行分解与重构,求出功率潮流分析所需电流与电压的基波分量与畸变分量。结合IEEE-Std1459-2010标准定义,以半导体整流器、电力机车及两者组成的复合系统为例,对非线性负载进行功率潮流分析,依据各功率潮流的物理意义及潮流方向,提出畸变信号条件下电能计量新方法。仿真结果表明非线性负载功率潮流仿真结果与理论结果一致,基于功率潮流分析的电能计量新方法能够实现畸变信号条件下电能的合理计量。     

多路输入电能回馈直流模拟负载的研究

提出了将直流模拟负载单元进行模块化设计,实现多模块并联且将电能回馈电网的节能方案.直流模拟负载模块采用并联输入并联输出的工作方式,数字控制和模拟控制相结合的混合控制方式,实现每个模块输入电流的独立高精度控制.为提高并网电能质量,采用基于离散傅里叶变换的闭环锁相控制方法,并网逆变控制引入重复控制实现周期性扰动的无静差调节.根据所提出的方案设计了样机,实验结果验证了该方案能实现模拟负载模块输入电流的精密控制,且有效抑制并网电流谐波,实现高功率因数,额定功率下并网电流总谐波失真为0.7％.     

用于物理模拟的可控负载设计及仿真

提出了一种新型的电力系统可控负载.它可根据实际工况模拟各种类型的负载,并能将消耗的电能回馈到电网,同时不会对电网造成污染.电力系统可控负载的主电路采用2个电压型脉宽调制(PWM)变换器分别作为可控负载电流产生单元和电能回馈单元,2个单元均通过电感-电容-电感(LCL)滤波器与电网连接.文中建立了可控负载的数学模型,对可控负载产生单元采用比例-积分(PI)闭环控制,对电能回馈单元采用电压外环加电流内环的双闭环控制策略,并用频域分析法对系统稳定性进行了分析.仿真结果表明,装置在稳定运行的同时能够实现所需功能,说明控制方案及所选参数可行,为样机研制提供了理论依据.     

电动汽车混合储能装置三端口功率变换器设计

针对电动汽车混合储能装置功率分流问题,在三端口变换器拓扑结构基础上提出了能量型储能装置采用电流闭环、功率型储能装置采用电压闭环的控制系统。首先以双输入单输出模态建立该拓扑结构的状态空间模型,分析了功率电路的占空比-电感电流传递函数、占空比-输入电流传递函数和占空比-输出电压传递函数。其次设计了电压闭环控制器和电流闭环控制器,在保证母线电压稳定的前提下,可实现输出功率在功率型储能装置和能量型储能装置之间的精确分配。最后通过实验验证了控制系统在模拟HWFET工况和阶跃负载工况下的输入输出动态响应、电压控制精度和功率分流效果,其结果有利于实现混合储能装置功率精确分流。     

单片机控制的可调光高压钠灯电子镇流器研究

提出了一种基于8位单片机的可调光高压钠灯电子镇流器的设计方案.通过控制逆变器输入平均电流调节负载功率,简化了电路设计:通过单片机发出高频加低频调制的半桥驱动信号,消除调光过程中的电弧不稳定现象.理论分析和试验结果表明,所设计的电子镇流器能满足灯功率从100%到50%的稳定燃点,调光性能优良,达到节约电能的目的.     

级联变频器功率单元负载回馈系统的实现

针对高压变频器功率单元出厂老化实验时造成的电能损耗,提出了采用级联型高压变频器功率单元负载回馈系统替代原有的纯电阻负载的方法,降低了老化系统的用电损耗,提高了整体节电率。介绍了功率单元的工作原理及电网电压定向的矢量控制策略,提出了功率单元负载回馈系统并网控制的结构图。回馈系统采用并网方式回馈功率,即可实现对有功电流的控制,又可进行无功补偿。并对此进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果表明了功率单元负载回馈系统的可行性和经济性。     

电能回馈型负载电流模拟器非线性负载模拟研究

提出了一种基于峰值因数(PF)的非线性电流指令生成方法,应用于电能回馈型负载电流模拟器(PEFLCS)对被试电源的考核,在此基础上,为解决传统的P(比例)控制无法同时满足系统稳定性和快速性要求的问题,引入P控制+重复控制的复合控制策略,实现对非线性指令的快速、无静差跟踪。对比分析了P控制+重复控制串、并联两种复合结构对非线性负载电流模拟的控制效果。搭建了一台2.2k V·A负载电流模拟器样机,仿真和实验结果验证串联复合控制能够快速、准确地跟踪指令电流,更好地实现了对非线性负载的模拟。     

统一电能质量控制器的建模与仿真

统一电能质量控制器可同时补偿电网畸变电压和抑制负载谐波电流。为此,构造了一种基于反向传播算法的三层前馈神经网络用来检测并联型有源电力滤波器的谐波电流,离线训练收敛后实现在线功能,对串联型有源电力滤波器谐波电压检测采用了畸变电压参考量比较检测方法;建立了统一电能质量控制器的系统仿真模型,利用其对各种电能质量问题的补偿性能进行了仿真研究,并对补偿前后负载和电源电流/电压进行了频谱分析。研究结果表明,统一电能质量控制器集电压补偿、电流补偿于一体,可有效实现多重电能质量调节功能。     

基于PWM技术的功率负荷模拟器

功率负荷模拟器是电力系统动态模拟实验室不可缺少的设备之一。本文运用PWM电压型变流器的基本原理,设计了一种分离控制式交-直-交功率负荷模拟器。交-直控制部分仅负责对功率负荷伏安特性的模拟,负责把功率负荷模拟器内部的直流电压稳定地交给直-交控制部分去完成。同时,为提高功率负荷模拟器的回馈效率,对回馈电流实行单位功率因数控制。试验结果表明,该功率负荷模拟器既能准确模拟功率负荷的伏安特性,又能向外部电网回馈高质量的电能。     

装甲车辆新型电源管理系统研究

装甲车辆电源管理系统作为全车电气电子系统的能量分配枢纽,其性能直接影响各系统工作和车辆性能的发挥。装甲车辆传统配电方式存在供电品质差,自动化程度低,负载管理控制困难,电磁干扰严重等问题,难以满足系统要求。针对某型装甲车辆,设计了一种新型电源管理系统,分析了系统中电子开关设计与“软开关”控制、“热备份”控制、负载管理控制以及系统可靠性设计等关键技术,改善了系统供电品质、电磁兼容性和负载管理控制能力,为装甲车辆电源管理提供了一种可行的方案。     

大功率能量回馈型交流电子负载及其在电力系统动模实验中的应用

研究了基于现代电力电子技术的交流电子负载的控制方法和策略;为提高电子负载的动态性能,提出采用数值计算的方法得到实时参考电流,并给出了该方法的数值收敛域;提出将定阻抗工作模式下的电子负载应用于动模实验中模拟输电线路、用电负荷以及短路实验.仿真和实验结果表明,采用的控制策略和方法是有效的,所设计的实验样机不但能在定阻抗工作模式下有效地模拟恒定和突变的阻抗,而且还能将电子负载吸收的能量回馈电网,节约电能.本文所做的工作拓宽了电子负载的应用领域,是今后电力系统动模实验的发展方向之一.     

航空电源测试中馈能式电子负载设计

飞机上电源系统存在不同电压等级,在进行机载电源性能指标测试时,没有一种通用型的电源测试设备。由于传统的静态负载使测试过程耗时耗力且难模拟复杂多变的真实负载, 给出了一种能量回馈型航空电源电子负载方案。这种双PWM拓扑结构结合控制策略技术实现的电子负载,能够通过微控制器设定各类负载形式,实现各种电源性能测试;同时通过后级逆变器将输入的能量全部回馈到电网中,达到节能目的。通过仿真进行验证,该方案具有一定工程实用性。     

重负荷切换下电力电子变压器的稳定性研究

电力电子变压器（Electronic Power Transformer, PET）作为在电力系统中应用的新型变压器,其运行的稳定性对电力系统而言非常重要。然而,PET是由AC-DC,DC-DC等环节组成的多级电力电子装置,当PET的负载在重负荷下切换时,系统内各级之间的耦合使得PET在瞬态会存在不稳定的情况,导致直流侧电压出现波动。本文对PET在重负荷切换时的稳定性进行了初步研究,分析了PET直流侧电压在重负荷切换时的瞬态响应,并提出了应用于PET的一种前馈控制方法,使PET能够抑制由负荷切换所引起的不稳定情况,减小直流侧电压出现的波动。仿真结果表明,该前馈控制方法可以有效的抑制PET由负荷切换所引起的不稳定情况,减小直流侧电压出现的波动。     

恒功率交流电子负载的研究

深入研究了恒功率交流电子负载,给出其主电路拓扑结构,分析了交流侧矢量及控制方法。电路采用PWM整流器。为提高电子负载的动态响应性能,在电流环采用滞环控制方式,针对该系统利用改变直流负载的方法来控制直流母线电压。针对所提出的电子负载研制了试验样机,试验结果证明设计方案可行,控制方法有效,电子负载能在交流电源供电情况下模拟给定功率因数且视在功率保持恒定。     

基于PI控制的电力电子负载

为给大功率电力电子负载(PEL)工程化设计与应用提供经验,研究了一种结构简单的PEL用以进行电源出厂实验并给出了它用于直流电源和各种三相电源的测试控制方式和连接方案。以建立的数学模型为基础设计简便、可靠的控制方案;以控制理论朱利稳定判据、动态系数分析法、频域分析法为基础从定性和定量两个方面给出参数对系统稳定性和精度的影响。搭建10kVA电力电子负载样机并进行了实验和仿真。结果证明方案和分析正确,其分析结论为和理论同样适用于以PWMVSR为构件的APF、STATCOM、UPQC、UPFC等电力电子设备。     

大功率交流电子负载的研究

对大功率能量回馈式单相交流电子负载进行了深入研究,包括其主电路结构和控制方法。主电路采用AC／DC／AC结构,并用电压型PWM整流器构成其输入、输出变流器。给出了输入、输出变流器的控制策略。为了提高电子负载的动态响应性能,采用滞环电流控制技术作为控制方式,并采用数值算法计算参考电流。用PSCAD／EMTDC软件对所提出的电子负载进行了仿真并研制了试验样机。仿真和实验结果表明,所提出的电流算法及控制方法是有效的,实现了电子负载的恒定阻抗工作方式,输入端能准确模拟设定阻抗值且试验能量以单位功率因数回馈电网。     

晶闸管电子负荷在孤网频率振荡抑制中的应用

在电力系统运行过程中,出现大型负荷突然丢失而发电机调节能力不足时,系统频率升高,频率和功率发生振荡,甚至会导致系统崩溃。在只有数台发电机的孤岛供电系统中,发电机调节能力有限,常规负荷需要担任生产任务,并不能参与调频,故孤网系统缺乏有效的调频手段。文中提出一种基于晶闸管控制的电子负荷装置,对其工作原理、孤网频率振荡抑制机理和控制策略进行分析,基于实时数字仿真系统(RTDS)研究不同参数下电子负荷装置在频率振荡抑制方面的效果。研究表明,采用电子负荷装置可以通过负荷动态控制参与一次调频,为孤网频率振荡抑制提供了新的思路。     

基于UC3843PWM控制的恒流电子负载的设计

本文设计了以电流型PWM控制芯片UC5846为核心,主电路采用反激式拓扑结构来实现0～5A可调电流型电子负载。与传统的线性电子负载相比,该电子负载具有体积小、成本低、功耗低、效率高、适用面广等优点,而且在节能、降耗及环保等方面都具有重要的意义,符合当前的电子负载发展方向。     

虚拟电机技术应用前景和发展方向

随着高压大容量电力电子技术的迅速发展,越来越多的电力电子设备将投入运行,电力电子化已成为电力系统发展的必然趋势。但是,电力系统电力电子化程度的不断加深使系统相对惯量、阻尼下降,不利于电力系统的安全稳定运行。虚拟电机技术可以使电力电子设备模拟传统旋转电机惯量和阻尼特性,解决电力电子化电力系统所面临的安全稳定问题。文中主要介绍了虚拟同步电机和虚拟直流电机技术的基本原理,并描绘了虚拟电机技术在光伏和风力发电、电力电子式变压器、柔性交直流输电和负荷响应控制等方面的应用前景,最后对虚拟电机技术的发展方向进行了探讨。